Оглавление
Пары воды, или водяной пар – самый частый вид пара, с которым человек сталкивается что в природе, что в производстве, что в быту. А паром в целом называется газообразная агрегатная фаза обычно жидкого тела, которая появляется при испарении. У паров тот же состав, что и у изначальной жидкости, но отдельные молекулы не соединены связями и обладают намного большей кинетической энергией. При этом общая масса является одинаковой, так как общее число частиц осталось прежним.
Пара паров: различия двух видов пара
Но если создать другие условия – закрытую емкость, интенсивное парообразование в результате кипения, повышенное давление – то водяной пар может приобрести новые свойства и перейти в состояние насыщенности.
Отличия
Как видите, уже используя такое определение можно выделить ключевые различия, которые отделяют обычный водяной пар от насыщенного.
Насыщенность делает пар по своим физическим характеристикам очень близким к так называемому «идеальному газу».
Из этого следует итоговый список различий между насыщенным и водяным паром:
- Насыщенный пар находится в термодинамическом равновесии с исходной жидкостью, а водяной – нет.
- Давление у водяного пара не зависит от температуры, в отличие от пара насыщенного.
- Плотность у насыщенного пара намного выше, чем у водяного.
- При образовании насыщенного пара общее количество жидкости остается неизменным, а при образовании водяного – постепенно становится меньше до полного испарения.
Перегретый пар и его особенности
Допустимый, у вас был водяной пар в какой-то емкости с жидкостью. Вы стали ее нагревать еще сильнее – получился насыщенный пар. Но что, если не останавливаться на достигнутом и продолжать нагревать пар, уже достигший динамическое равновесие? Тогда получится так называемый «перегретый» или «насыщенный сухой» пар. У него есть целый ряд отличительных характеристик:
Объединив отличия, характеризующие оба состояния паров, можно заключить, что в перегретом состоянии вещество способно повысить КПД вырабатываемого циклами различных тепловых машин. Для получения перегретого состояния используют дополнительные устройства.
Как происходит переход из одного состояния в другое?
Процесс перехода водяного пара из одного состояния в другое хорошо виден на примере работы парового котла. Оборудование работает при постоянном поддержании определенной высокой температуры за счет сгорания топлива.
Внутри его конструкции проходят основные стадии парообразования:
- Нагревание жидкости в котле до момента образования насыщения
- Образование газообразного соединения.
- Подогрев до момента перехода из насыщенного состояния к перегретому.
В закрытой емкости находится очищенная вода, при включении работы котла внутри жидкость начинает нагреваться. Тепло влияет на активность молекул, которые начинают активно двигаться из-за ускорения в повышении кинетической энергии.
Молекулы движутся быстро, начинают вырываться с поверхности воды в воздух, образуется пар, постепенно объем закрытого сосуда заполняется все большим количеством молекул, все также активно движущихся и передающих друг другу и воде энергию при контакте. Пока объем сосуда полностью не заполнится, его называют ненасыщенным.
Когда свободного пространства для движения становится недостаточно, нарастает давление и плотность частиц, происходит процесс конденсации. Отяжелевшие молекулы начинают возвращаться обратно к жидкости.
Их число равно количеству, вырывающемуся из нее, давление приобретает постоянный характер. В этот момент происходит достижение равновесия с жидкостью, и пар становится насыщенным.
Перегреватель запускает процесс выпаривания влаги, насыщенный пар становится перегретым. Состояние газа характеризуется большим объемом и меньшей плотностью.
Интересное видео по теме:
Частые вопросы
Первый прототип паровой машины был изобретен Героном Александрийским в в 1 веке нашей эры. Но по-настоящему эффективные паровые машины смогли создать лишь в 19 веке.
Водяной пар в природе может возникать в природе из-за кипения, но редко. Это происходит в случае геотермальных источников, гейзеров и подводных вулканов.
Нет. Помимо кипения, которое происходит при высоких температурах, и испарения, которое происходит постепенно и при низких температурах, есть сублимация, которая происходит с твердыми веществами. Обычно для нее необходимо очень высокое значение температуры, но некоторые вещества, вроде сухого льда, сублимируют даже в комнатных условиях.
Обычно водяной пар по своей чистоте близок к дистилляту, потому что при испарении все примеси в жидкости остаются в воде. Но из-за деятельности человека (например, городского смога и химикатов) при конденсации водяной пар может стать загрязнен токсичными веществами.
Помимо круговорота воды, как результат испарения с поверхностей морей, озер и рек, он существует в виде гейзеров.
Заключение
Процесс перехода жидкости из одного агрегатного состояния в другое и изменение свойств получившегося пара позволяет получить значимое количество энергии из сравнительно небольших объемов воды. Свойства насыщенного и перегретого пара использует различная техника.
Они используются в:
- Работе турбин.
- Увлажнении материалов.
- Очистке труднодоступных участков систем.
- Стерилизации продукции.
- Дезинфекции рабочей среды.
- Очистке.